彈球清篩對(duì)蕎麥分級(jí)效率影響的試驗(yàn)研究

?！s，杜文亮，陳　偉，政東紅，劉廣碩

(內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，呼和浩特　010018)

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彈球清篩對(duì)蕎麥分級(jí)效率影響的試驗(yàn)研究

常榮，杜文亮，陳偉，政東紅，劉廣碩

(內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，呼和浩特010018)

摘要：蕎麥屬于難篩粒，生產(chǎn)加工前對(duì)其進(jìn)行分級(jí)時(shí)，分級(jí)篩堵篩嚴(yán)重。為此，對(duì)影響蕎麥分級(jí)效率的篩體振動(dòng)頻率、喂入量、彈球數(shù)量等因素進(jìn)行了單因素及正交試驗(yàn)研究。試驗(yàn)結(jié)果顯示：彈球在蕎麥分級(jí)過(guò)程中清篩效果顯著；當(dāng)分級(jí)篩框格長(zhǎng)度為65mm，且每個(gè)框格中放置7個(gè)直徑為φ30mm的硅膠彈球、篩體振動(dòng)頻率為8.22Hz、喂入量為7.12kg/min時(shí)，分級(jí)效率較好，達(dá)到98.69%

關(guān)鍵詞：蕎麥；清篩；彈球；分級(jí)

0引言

目前，篩分機(jī)械已經(jīng)廣泛應(yīng)用于礦業(yè)、顆粒農(nóng)作物的分級(jí)、食品加工、醫(yī)藥和建筑用材等各個(gè)領(lǐng)域[1]。在物料篩分過(guò)程中產(chǎn)生的堵篩現(xiàn)象，會(huì)降低篩分效率。因此，在物料篩分過(guò)程中需不斷對(duì)篩面進(jìn)行清理。除人工清篩外，主要的清篩方式有擊打式、架刷式和彈球式[2]。彈球式清篩方式由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)篩面損傷小，能在完全封閉的篩分機(jī)中不間斷清理篩面的特點(diǎn)，目前已被廣泛應(yīng)用。在蕎麥加工生產(chǎn)中，分級(jí)是必不可少的工序。由于蕎麥屬于難篩粒，在分級(jí)過(guò)程中極易造成篩孔堵塞，嚴(yán)重影響蕎麥的分級(jí)效率。而在傳統(tǒng)的蕎麥分級(jí)過(guò)程中往往采用人工敲擊或刮篩的清篩方式，勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低，長(zhǎng)時(shí)間的敲擊和刮篩，會(huì)造成篩板變形及損傷。同時(shí)，開(kāi)放式的篩分機(jī)械采用人工清篩時(shí)，造成大量的粉塵漂浮，工作環(huán)境惡化。故需探索和研究彈球清篩在蕎麥分級(jí)過(guò)程中對(duì)分級(jí)效率影響的問(wèn)題。

1試驗(yàn)設(shè)備及方案

1.1試驗(yàn)設(shè)備

平面回轉(zhuǎn)振動(dòng)篩：型號(hào)TQLM60，動(dòng)力0.55kW，河北省滄州市北方糧食機(jī)械廠。磁通矢量型—通用變頻器：型號(hào)VARISPEED-616G5，頻率調(diào)節(jié)范圍為0～60Hz。電子秤：型號(hào)ACS-6，量程6000g,精度0.02g，永康市寰宇衡器有限公司。篩格：長(zhǎng)×寬×高1 000mm×600mm×35mm。篩面：篩孔直徑為φ4.6mm，筋寬1mm，篩板為冷軋鋼板，河北青縣裕鑫機(jī)械有限公司。托篩：由兩層平行的金屬絲按90°交叉編織形成的20mm×20mm的正方形篩孔的篩面[3]。試驗(yàn)原料。初清后的甜蕎麥，產(chǎn)于內(nèi)蒙古自治區(qū)清水河縣；彈球：材料分為橡膠和硅膠兩種，直徑為φ25、φ28、φ30mm 3種，河南新鄉(xiāng)市宏源振動(dòng)設(shè)備有限公司。

1.2試驗(yàn)方案

1.2.1試驗(yàn)指標(biāo)

篩分物料時(shí)，篩面上同一粒徑且小于孔徑的物料不可能全部通過(guò)篩孔而成為篩下物，總有一部分滯留在篩上物中。因此，用篩分效率作為從數(shù)量上評(píng)定篩分過(guò)程的指標(biāo)，定義[4]為

η= m′/(mw)

式中m—篩分物料總質(zhì)量；

m′—篩下物料總質(zhì)量；

w—篩分物料中理論上可篩下物料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

蕎麥分級(jí)過(guò)程實(shí)際上就是物料的篩分過(guò)程，本文中統(tǒng)一將篩分效率稱(chēng)為分級(jí)效率。

試驗(yàn)前，隨機(jī)稱(chēng)取該試驗(yàn)所用的蕎麥2 500g，手持篩孔直徑為φ4.6mm的篩子水平往復(fù)篩分，1min約60次，振幅65～75mm；當(dāng)篩分1min內(nèi)落篩的蕎麥質(zhì)量不超過(guò)篩上物質(zhì)量的0.1%時(shí)，即達(dá)到篩分終點(diǎn)[5]；稱(chēng)取篩下物質(zhì)量，計(jì)算w值；重復(fù)試驗(yàn)3次，測(cè)得w均值為43.84%。

1.2.2喂入量的標(biāo)定

標(biāo)定喂入量時(shí)，根據(jù)料門(mén)的尺寸將其平均分為8個(gè)開(kāi)度，按照料門(mén)開(kāi)口面積由小到大的順序依次記為1、2、3、4、5、6、7、8。不同料門(mén)開(kāi)度對(duì)應(yīng)的喂入量如圖1所示。

圖1　料門(mén)開(kāi)度與平面回轉(zhuǎn)振動(dòng)篩喂入量關(guān)系

1.2.3篩體振動(dòng)幅度

在蕎麥的分級(jí)過(guò)程中，篩體的振動(dòng)幅度能使篩面上的蕎麥產(chǎn)生跳動(dòng)、滑動(dòng)或滾動(dòng)[6]，有利于物料的松散和分層，對(duì)蕎麥的分級(jí)效率有一定的影響[7]。由于該機(jī)振動(dòng)幅度已處于最佳調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，且試驗(yàn)條件有限，故試驗(yàn)時(shí)未進(jìn)行篩體振動(dòng)幅度對(duì)蕎麥分級(jí)效率影響的試驗(yàn)研究。

1.2.4篩體振動(dòng)頻率單因素試驗(yàn)

試驗(yàn)中所用的平面回轉(zhuǎn)振動(dòng)篩由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，不同的電機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)不同的篩體振動(dòng)頻率，可通過(guò)調(diào)整變頻器頻率改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，達(dá)到調(diào)節(jié)篩體振動(dòng)頻率的目的。

試驗(yàn)時(shí)，使用孔徑φ4.6mm的圓孔篩，分級(jí)篩中不加彈球，固定喂入量4.41kg/min，調(diào)節(jié)變頻器頻率改變平面回轉(zhuǎn)振動(dòng)篩的篩體振動(dòng)頻率。經(jīng)預(yù)試驗(yàn)，振動(dòng)篩在連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)10min后工作穩(wěn)定。因此，試驗(yàn)時(shí)，平面回轉(zhuǎn)振動(dòng)篩連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)10min后，稱(chēng)取1min的篩上物與篩下物計(jì)算分級(jí)效率。

1.2.5喂入量單因素試驗(yàn)

試驗(yàn)時(shí)，使用孔徑φ4.6mm的圓孔篩，分級(jí)篩中不加彈球，根據(jù)上述試驗(yàn)選擇最佳篩體振動(dòng)頻率并固定，逐漸改變平面回轉(zhuǎn)振動(dòng)篩的喂入量。在每個(gè)喂入量下，平面回轉(zhuǎn)振動(dòng)篩連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)10min后，稱(chēng)取1min的篩上物與篩下物計(jì)算分級(jí)效率。

1.2.6彈球?qū)Ψ旨?jí)效率的影響試驗(yàn)

在分級(jí)過(guò)程中，彈球在框格中不斷跳動(dòng)，撞擊篩面以達(dá)到清篩效果?？蚋耖L(zhǎng)度較大時(shí)，由于彈球自身特性及篩體振動(dòng)頻率的影響，彈球不可能撞擊到各框格篩面的每一個(gè)地方，故將彈球所能撞擊到的沿篩框長(zhǎng)度方向的最大距離定義為彈球的彈跳距離，如圖2所示。

圖2　彈球彈跳距離示意圖

根據(jù)上述兩個(gè)單因素試驗(yàn)，選擇最佳篩體振動(dòng)頻率及適當(dāng)?shù)奈谷肓浚潭◤椙驍?shù)量為6個(gè)，根據(jù)分級(jí)后篩面的堵篩情況測(cè)定不同材料和直徑的彈球在分級(jí)篩中的彈跳距離，并以此確定分級(jí)篩的框格長(zhǎng)度。由于篩框結(jié)構(gòu)的限制，將各框格沿篩框長(zhǎng)度方向的尺寸定義為框格長(zhǎng)度，如圖3所示。通過(guò)正交試驗(yàn)考察彈球材料、直徑及框格長(zhǎng)度對(duì)分級(jí)效率的影響規(guī)律。

圖3　框格長(zhǎng)度示意圖

選擇最佳篩體振動(dòng)頻率、喂入量、彈球材料與直徑及框格長(zhǎng)度，改變彈球數(shù)量；在不同的彈球數(shù)量下，平面回轉(zhuǎn)振動(dòng)篩連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)10min后，稱(chēng)取1min的篩上物與篩下物計(jì)算分級(jí)效率。

1.2.7篩體振動(dòng)頻率、喂入量、彈球數(shù)量對(duì)分級(jí)效率的影響試驗(yàn)

通過(guò)正交試驗(yàn)，觀察不同篩體振動(dòng)頻率、喂入量、彈球數(shù)量之間的組合對(duì)分級(jí)效率的影響，得出較優(yōu)組合并進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)。

2試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1篩體振動(dòng)頻率對(duì)分級(jí)效率的影響規(guī)律

固定喂入量為4.41kg/min、彈球數(shù)量為0時(shí)，試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

圖4　篩體振動(dòng)頻率與分級(jí)效率關(guān)系

由圖4可知：篩體振動(dòng)頻率在6.03～6.87Hz之間時(shí)，蕎麥與分級(jí)篩的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度較慢，在篩面上滯留時(shí)間長(zhǎng)，篩面上料層厚，蕎麥無(wú)法自動(dòng)分層；且此時(shí)由于上層蕎麥對(duì)下層蕎麥的擠壓力較大，造成篩孔堵塞嚴(yán)重，此時(shí)的分級(jí)效率保持在11%左右。篩體振動(dòng)頻率在6.87～8.05Hz之間時(shí)，隨著振動(dòng)頻率的增大，蕎麥與分級(jí)篩的相對(duì)速度逐漸增大，篩面上料層逐漸變薄，蕎麥自動(dòng)分層良好，篩孔堵塞減少，分級(jí)效率迅速增大；當(dāng)篩體振動(dòng)頻率為7.88Hz時(shí)，分級(jí)效率達(dá)到最大值91.48%；當(dāng)篩體振動(dòng)頻率超過(guò)8.05Hz時(shí)，由于蕎麥的跳動(dòng)過(guò)于頻繁、劇烈，使原本能夠透篩的蕎麥來(lái)不及落篩而直接從上出料口流出，分級(jí)效率逐漸下降。

2.2喂入量對(duì)分級(jí)效率的影響規(guī)律

根據(jù)圖4結(jié)果，當(dāng)固定篩體振動(dòng)頻率為7.88Hz(變頻器頻率47Hz)、彈球數(shù)量為0時(shí)，逐漸改變喂入量，試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。

圖5　喂入量與分級(jí)效率關(guān)系

由圖5可知：隨著喂入量的增大，篩面上料層迅速加厚，篩孔被快速堵塞，分級(jí)效率急劇下降；由于絕大部分篩孔的堵塞，分級(jí)效率變化緩慢。

2.3彈球?qū)Ψ旨?jí)效率的影響規(guī)律

2.3.1彈球彈跳距離及框格尺寸的確定

根據(jù)圖4、圖5結(jié)果，取篩體振動(dòng)頻率為7.88Hz、喂入量為11.92kg/min、彈球數(shù)6個(gè)進(jìn)行試驗(yàn)，完成后根據(jù)篩面情況確定各種類(lèi)型的彈球彈跳距離，試驗(yàn)重復(fù)3次取平均值，結(jié)果如表1所示。

表1　彈球彈跳距離

由表1可知：直徑為φ30、φ28mm的相同材料的彈球彈跳距離相差很小，故在后續(xù)試驗(yàn)中只對(duì)φ30、φ25mm彈球進(jìn)行考察。根據(jù)彈球彈跳距離的測(cè)定結(jié)果和篩格的實(shí)際尺寸，最終確定框格長(zhǎng)度為115、90、65mm 3個(gè)水平。

2.3.2彈球材料、直徑、框格長(zhǎng)度對(duì)分級(jí)效率的影響規(guī)律

為考察框格長(zhǎng)度、彈球材料和彈球直徑是如何影響分級(jí)效率的及各因素之間是否存在交互作用，將正交表L16(215)通過(guò)并列法得到正交表L16(4×212)[8],并用擬水平法安排試驗(yàn)方案，因素水平表如表2所示。

表2　因素水平表

試驗(yàn)完成后，通過(guò)方差分析，各單因素方差為SA=3.92、SB=24.44、SC=23.75，交互作用列的方差為SAB=1.78、SAC=1.38、SBC=2.56。試驗(yàn)結(jié)果顯示：彈球材料是主要影響因素，其次是彈球直徑，框格長(zhǎng)度影響最小，且相互間沒(méi)有交互作用；較優(yōu)組合為A3B1C1，即當(dāng)框格長(zhǎng)度為65mm、彈球直徑為φ30mm硅膠球時(shí)，分級(jí)效率較好，為86.5%。因此，將此組合作為后續(xù)試驗(yàn)的條件。

2.3.3彈球數(shù)量對(duì)分級(jí)效率的影響規(guī)律

取篩體振動(dòng)頻率為7.88Hz，喂入量為11.91kg/min，框格長(zhǎng)度為65mm，彈球?yàn)橹睆溅?0mm的硅膠球，依次改變框格內(nèi)彈球數(shù)量，試驗(yàn)結(jié)果如圖6所示。

圖6　彈球數(shù)量與分級(jí)效率關(guān)系

試驗(yàn)結(jié)果顯示：彈球的清篩效果顯著，彈球數(shù)量從0變?yōu)?時(shí)，分級(jí)效率由6.27%增加至68.92%，之后隨著彈球數(shù)量的增加，分級(jí)效率緩慢增加；當(dāng)彈球數(shù)量超過(guò)5個(gè)時(shí)，由于彈球在框格內(nèi)的自由活動(dòng)面積減小，使彈球的滾彈受到限制，從而減弱了彈球?qū)Y板的撞擊，因此堵篩略有增加，分級(jí)效率開(kāi)始緩慢降低。

2.4篩體振動(dòng)頻率、喂入量、彈球數(shù)量對(duì)分級(jí)效率的影響

上述試驗(yàn)結(jié)果顯示：篩體振動(dòng)頻率、喂入量及彈球數(shù)量是影響分級(jí)效率的重要因素。為選出較優(yōu)水平組合，選取正交表L25(56)[8]進(jìn)行正交試驗(yàn)。試驗(yàn)中，框格長(zhǎng)度為65mm、彈球?yàn)棣?0mm的硅膠球，試驗(yàn)因素水平表見(jiàn)表3所示。

表3　因素水平表

試驗(yàn)完成后通過(guò)極差分析，各單因素極差為RA=16.09，RB=13.9，RC=88.02。試驗(yàn)結(jié)果顯示:喂入量是影響分級(jí)效率的主要因素，其次是篩體振動(dòng)頻率，彈球數(shù)量的影響最小，并且各因素間無(wú)交互作用;較優(yōu)組合為A5B5C2，即篩體振動(dòng)頻率為8.22Hz，喂入量為7.12kg/min、彈球個(gè)數(shù)為7個(gè)時(shí)，分級(jí)效率較高。

2.5驗(yàn)證試驗(yàn)

以篩體振動(dòng)頻率為8.22Hz、喂入量為7.12kg/min，以及各框格中彈球個(gè)數(shù)為7、框格長(zhǎng)度為65mm、直徑為φ30mm的硅膠彈球進(jìn)行清篩；待平面回轉(zhuǎn)振動(dòng)篩連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)10min后，稱(chēng)取1min的篩上物與篩下物，分級(jí)效率為98.69%。試驗(yàn)結(jié)果顯示：該組合下的分級(jí)效率與正交試驗(yàn)中最大分級(jí)效率99.98%相近，能夠作為生產(chǎn)中的較優(yōu)組合使用。

3結(jié)論

1)由彈球數(shù)量對(duì)蕎麥分級(jí)效率的影響試驗(yàn)可知：各框格中放置彈球數(shù)量最佳(5個(gè))時(shí)的分級(jí)效率比彈球數(shù)量為0時(shí)提高了83.4%，彈球的清篩效果顯著。

2)采用彈球清篩時(shí)，較優(yōu)參數(shù)組合為：框格長(zhǎng)度為65mm、直徑為φ30mm的硅膠彈球，篩體振動(dòng)頻率為8.22Hz，彈球個(gè)數(shù)為7，喂入量為7.12kg/min。該試驗(yàn)條件下，分級(jí)效率為98.69%。

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Abstract ID:1003-188X(2016)03-0187-EA

Experiment Study of the Influence of Bouncing Ball Screen Cleaning on Buckwheat’s Grading Efficiency

Chang Rong, Du Wenliang, Chen Wei, Zheng Donghong, Liu Guangshuo

(College of Mechanical and Electrical Engineering, Inner Mongolia Agricultural University, Hohhot 010018, China)

Abstract：Buckwheat is near mesh particle. When grading it before production processing, blinding is severe. The experiment study of factors including vibration frequency, feeding rate, and the number of bouncing ball that influence grading efficiency was conducted. The results show that the screening cleaning effect of bouncing ball is remarkable in the grading process.When the length of box is 65mm, the number of bouncing ball is 7 in each box, silica gel bouncing ball is 30mm in diameter,vibration frequency is 8.22Hz and feeding rate is 7.12kg/min, grading efficiency reaches 98.69%.

Key words：buckwheat; screen cleaning; bouncing ball; grading

文章編號(hào)：1003-188X(2016)03-0187-04

中圖分類(lèi)號(hào)：S375;TS212.3

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

作者簡(jiǎn)介：常榮(1988-),女，陜西靖邊人，碩士研究生，(E-mail) happyrong99@163.com。通訊作者：杜文亮(1957-)，男，內(nèi)蒙古達(dá)拉特旗人，教授，博士生導(dǎo)師，(E-mail)duwl58@163.com。

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(3126049)

收稿日期：2015-03-06